Design- und Produktionsprozess konsequent digitalisiert

Siemens: Mit dem digitalen Zwilling zum perfekten Produkt

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Wie Siemens mit der Digital Enterprise Suite und Mindsphere die Brücke zwischen virtueller und realer Welt schlägt, erläutert Dr. Jan Mrosik, Chief Executive Officer (CEO) der Division Digital Factory.

„Die Digitalisierung verändert alles“, ist Mrosik überzeugt. Schließlich könnten Unternehmen heutige Anforderungen an Geschwindigkeit, Flexibilität, Qualität und Effizienz nur realisieren, wenn sie den Design- und Produktionsprozess konsequent integrieren und digitalisieren. Dafür bietet Siemens die Digital Enterprise Suite. Das sind softwarebasierte Systeme und Automatisierungstechnologien für den gesamten Lebenszyklus eines Produkts: vom Produktdesign über Produktionsplanung und -engineering bis zur eigentlichen Produktion samt Services.

Teamcenter als Basis

„Die Basis dafür bildet Teamcenter, eine kollaborative Softwareplattform für das Product Data Management. Das ist unser zentrales Datenbackbone“, erklärt Mrosik. Die Plattform verbindet das Product Lifecycle Management (PLM, für die Produktentwicklung) mit der realen Produktion (Totally Integrated Automation,TIA) sowie dem Manufacturing Execution System/Manufacturing Operations Management (MES/MOM, für den Betrieb der Produktion). Zur effizienten Auswertung der anfallenden Datenmengen bietet Siemens mit Mindsphere – dem cloudbasierten, offenen Betriebssystem für das Internet der Dinge – eine Plattform für Lifecycle und Data Analytics.

Am Beispiel des hauseigenen Nanobox-Industrie-PCs erläutert Mrosik, wie sich komplette Wertschöpfungsketten mit digitalen Zwillingen abbilden lässt. „Der PC wird am Computer zunächst designt und erhält so seinen digitalen Zwilling. Im nächsten Schritt können wir etwa die mechanischen Eigenschaften, Vibrationseffekte, elektromagnetische Felder oder Wärmeabfuhr simulieren und prüfen“, so Mrosik. Erfülle das Design die Anforderungen nicht, gehe man einen Schritt zurück, nehme Änderungen vor und simuliere erneut.

„Liegt der digitale Zwilling des Produkts vor, designen und simulieren wir im nächsten Schritt die Produktionslinie samt der notwendigen Logistikprozesse. Hierbei lässt sich auch klären, ob die nötige Produktionskapazität vorhanden ist, um den PC in der geforderten Stückzahl zu fertigen.“ In dieser Produktionssimulation könne man die Entstehung der Nanobox digital abbilden und sowohl einen Roboter- als auch einen menschlichen Arbeitsplatz simulieren. „Das hilft dabei, Detailfragen wie etwa die Länge eines bestimmten Arbeitsschritts zu klären.“ Dadurch erhält das Unternehmen einen weiteren digitalen Zwilling, der den individuellen Arbeitsplatz, die Fertigungsumgebung oder auch die ganze Fabrik umfasst.

Code für reale Welt

Aus diesem digitalen Modell der Fertigung wird dann ein PLC-Code generiert, der sich in die reale Steuerung, zum Beispiel eine Simatic S7-1500, laden lässt. „Eine mühselige Programmierung ist dafür nicht mehr nötig, die notwendigen Parameter lassen sich heute mithilfe des TIA Portals projektieren – und künftig automatisieren.“

Und man gehe noch einen Schritt weiter: „Früher hat man den PLC-Code auf einer realen Maschine getestet und geschaut, ob das Fertigungsprogramm funktioniert“, so Mrosik. Das ändert man, indem man auch einen digitalen Zwilling der Simatic bereitstelle. Vorteil: „Wir lassen komplett in der virtuellen Welt den digitalen Zwilling der Steuerung mit dem digitalen Zwilling der Fertigung interagieren, um den Code zu verifizieren und zu verbessern. Das nennen wir Virtual Commissioning, virtuelle Inbetriebnahme.“

Natürlich habe man dies nicht nur in der eigenen Fertigung umgesetzt, sondern auch zahlreiche Kunden bei der durchgängigen Digitalisierung der Wertschöpfungskette unterstützt. „Zum Beispiel Maserati. Das Ergebnis waren bis zu 40 Prozent kürzere Entwicklungszeiten und eine deutliche Steigerung der Fertigungszahlen ohne Qualitätsabstriche.“

Dass bei umfassender Digitalisierung von Produkten und Prozessen jede Menge Rohdaten entstehen, liegt auf der Hand. Diese Daten lassen sich mit dem cloudbasierten IoT-Betriebssystem Mindsphere in wertvolles Wissen verwandeln. „Mindsphere erlaubt Herstellern ganz neue Einblicke in ihre Assets, Systeme, Anlagen und Produkte.“ Während die Digital Enterprise Suite auf Basis der digitalen Zwillinge die gesamte Wertschöpfungskette optimiert, sammelt Mindsphere Daten aus der realen Welt – und ergänzt damit das analytische Modell im PLM mit einem statistischen Modell. „Anders formuliert, PLM beinhaltet die virtuelle Welt, Mindsphere die reale Welt“, so Mrosik.

Der Clou ist nun, dass sich das statistische und das modellbasierte Abbild des Produkts abgleichen lassen. So könne man beispielsweise das Modell überprüfen und verbessern. „Das ist übrigens unser Alleinstellungsmerkmal, denn wir haben den digitalen Zwilling in unserer PLM-Software und wir haben das Mindsphere-Betriebssystem – also virtuelle und reale Welt – in unserem Portfolio.“

Siemens AG

www.siemens.de


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